Quark encantado
 | As referencias deste artigo non teñen un formato correcto. Podes colaborar editándoas como se indica nesta páxina. Pode axudar a mellorar este artigo e outros en condicións semellantes. |
| Quark encantado | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||
| |||||||||
| |||||||||
| |||||||||
| |||||||||
| Wikidata | |||||||||
O quark encanto, quark encantado ou quark c é unha partícula elemental presente en partículas subatómicas compostas chamadas hadróns, como o mesón J/ψ e os barións encantados creados nas colisións de aceleradores de partículas. Varios bosóns, incluídos os bosóns W e Z e o bosón de Higgs, poden desintegrarse en quarks encanto. Todos os quarks encanto posúen encanto, un número cuántico. Esta partícula da segunda xeración é o terceiro quark máis masivo, cunha carga de +2/3 e.
A existencia do quark encanto foi predicida por primeira vez por James Bjorken e Sheldon Glashow en 1964,[1][2][3] e en 1970 Glashow, John Iliopoulos e Luciano Maiani demostraron como a súa existencia explicaría diversas discrepancias experimentais e teóricas.[4] En 1974, a súa existencia foi confirmada mediante os descubrimentos independentes do mesón J/ψ no Laboratorio Nacional de Brookhaven e no Centro Acelerador Lineal de Stanford. Nos anos seguintes descubríronse varias outras partículas encantadas, incluídos o mesón D e os mesóns estraños encantados.
No século XXI descubriuse un barión que contén dous quarks encanto. Tamén existen evidencias recentes da presenza de quarks encanto intrínsecos no protón, e estudouse o acoplamento entre o quark encanto e o bosón de Higgs. Ademais, indicios recentes apuntan á existencia de violación CP na desintegración do mesón D0, que contén un quark encanto.
Nome
[editar | editar a fonte]Segundo Sheldon Glashow, o quark encanto recibiu este nome debido á «simetría que achegou ao mundo subnuclear».[5][6] Glashow tamén xustificou o nome como «un dispositivo máxico para afastar o mal», xa que a incorporación do quark encanto impedía determinadas desintegracións non observadas e indesexadas na teoría de tres quarks da época.[5] O quark encanto tamén é coñecido como «quark encantado» tanto en contextos académicos como divulgativos.[7][8][9] O símbolo do quark encanto é c.[10]
Historia
[editar | editar a fonte]Antecedentes
[editar | editar a fonte]En 1961, Murray Gell-Mann introduciu a Vía Óctuple como un esquema para agrupar barións e mesóns.[11] En 1964, Gell-Mann e George Zweig propuxeron independentemente que todos os hadróns están compostos por constituíntes elementais, aos que Gell-Mann chamou «quarks».[12] Inicialmente só se propuxeron o quark arriba, o quark abaixo e o quark estraño.[13] Estes quarks permitían explicar todas as partículas da Vía Óctuple.[14] Gell-Mann e Kazuhiko Nishijima estableceran en 1953 a estrañeza, un número cuántico empregado para describir procesos que involucraban partículas estrañas como
Σ
e
Λ
.[15]
Predición teórica
[editar | editar a fonte]
K0
en dous muóns ao incluír o quark encanto (c) no proceso.
En 1964, James Bjorken e Sheldon Glashow teorizaron o «encanto» como un novo número cuántico.[16] Naquela época coñecíanse catro leptóns —o electrón, o muón e os seus respectivos neutrinos—, mentres que Gell-Mann propuxera inicialmente só tres quarks.[6] Bjorken e Glashow esperaban establecer paralelismos entre leptóns e quarks mediante esta teoría.[17] Segundo Glashow, a conxectura xurdiu de «argumentos estéticos».[5]
En 1970, Glashow, John Iliopoulos e Luciano Maiani propuxeron un novo quark que se diferenciaba dos tres coñecidos ata entón polo seu número cuántico de encanto.[4][18] Ademais predixeron a existencia de «partículas encantadas» e ofreceron suxestións sobre como producilas experimentalmente.[19] Tamén propuxeron que o quark encanto podería proporcionar un mecanismo —o mecanismo GIM— que facilitase a unificación da interacción feble e da interacción electromagnética.[20]
Na Conferencia sobre Espectroscopia Experimental de Mesóns (EMS) de abril de 1974, Glashow presentou un traballo titulado Charm: An Invention Awaits Discovery («Encanto: unha invención á espera de ser descuberta»). Glashow afirmou que, dado que probablemente existían as correntes neutras, un cuarto quark era «absolutamente necesario» para explicar a rareza das desintegracións de certos kaóns.[21] Tamén realizou varias predicións sobre as propiedades dos quarks encanto.[22] Apostou que, para a seguinte conferencia EMS en 1976:
Só existen tres posibilidades:
- Non se atopa o encanto, e eu cómome o meu sombreiro.
- Atópase o encanto polos espectroscopistas de hadróns, e celebrámolo.
- O encanto é atopado por forasteiros,Segundo Riordan, «forasteiros» referíase a outros tipos de físicos que estudaban a dispersión de neutrinos ou as colisións electrón-positrón en aneis de almacenamento.[23]</ref> e vós comedes os vosos sombreiros.[22]
En xullo de 1974, durante a XVII Conferencia Internacional sobre Física de Altas Enerxías, Iliopoulos declarou:
Xa gañei varias botellas de viño apostando polas correntes neutras e agora estou disposto a apostar unha caixa enteira a que, se as sesións sobre interacción feble desta conferencia estiveron dominadas polo descubrimento das correntes neutras, a próxima conferencia estará dominada polo descubrimento das partículas encantadas.[24]
Aplicando un argumento de naturalidade á diferenza de masas entre os estados K0
L e K0
S, a masa do quark encanto foi estimada por Mary K. Gaillard e Benjamin W. Lee en 1974 como inferior a 5 GeV/c2.[25][26]
Descubrimento
[editar | editar a fonte]Glashow predixera que o quark abaixo dun protón podería absorber un
W+
e transformarse nun quark encanto. Daquela, o protón converteríase nun barión encantado antes de desintegrarse en varias partículas, incluíndo un barión lambda. A finais de maio de 1974, Robert Palmer e Nicholas P. Samios observaron un evento que producía un barión lambda na súa cámara de burbullas do Laboratorio Nacional de Brookhaven.[27] Palmer tardou varios meses en convencerse de que o barión lambda procedía dunha partícula encantada.[28] Cando o imán da cámara de burbullas fallou en outubro de 1974, non volveron observar o mesmo tipo de evento.[21] Os dous científicos publicaron as súas observacións a comezos de 1975.[29][30] Michael Riordan comentou que aquel evento era «ambiguo» e constituía unha «evidencia alentadora pero non convincente».[31]
Mesón J/ψ (1974)
[editar | editar a fonte]- Artigo principal: Mesón J/ψ.
En 1974, Samuel C. C. Ting buscaba partículas encantadas no Laboratorio Nacional de Brookhaven (BNL).[32] O seu equipo empregaba un detector de pares electrón-positrón.[33] A finais de agosto atoparon un pico en 3,1 GeV/c2 e o ancho do sinal era inferior a 5 MeV.[34] Finalmente convencéronse de que observaran unha partícula masiva e déronlle o nome de «J». Ting considerou anunciar o descubrimento en outubro de 1974, pero atrasou o anuncio debido ás súas dúbidas sobre a relación μ/π.[35]
No Centro Acelerador Lineal de Stanford (SLAC), o equipo de Burton Richter realizou experimentos os días 9 e 10 de novembro de 1974. Tamén atoparon unha elevada probabilidade de interacción en 3,1 GeV/c2. Chamaron á partícula «psi».[36] O 11 de novembro de 1974, Richter reuniuse con Ting no SLAC,[37] e ambos anunciaron os seus descubrimentos.[38]
Os teóricos comezaron inmediatamente a analizar a nova partícula.[39] Demostrouse que tiña unha vida media da orde de 10−20 segundos, o que suxería propiedades especiais.[36][40] Thomas Appelquist e David Politzer propuxeron que a partícula estaba composta por un quark encanto e un antiquark encanto cos seus spins aliñados en paralelo. Os dous investigadores chamaron a esta configuración «charmonio».[39] O charmonio presentaría dúas formas: «ortocharmonio», onde os spins dos dous quarks son paralelos, e «paracharmonio», onde están orientados en sentidos opostos.[41] Murray Gell-Mann tamén apoiaba a idea do charmonio.[42] Outros teóricos, como Richard Feynman, pensaron inicialmente que a nova partícula estaba composta por un quark arriba e un antiquark encanto.[39]
O 15 de novembro de 1974, Ting e Richter emitiron un comunicado de prensa sobre o seu descubrimento.[43] O 21 de novembro, no SLAC, SPEAR atopou unha resonancia da partícula J/ψ en 3,7 GeV/c2, tal como predixeran Martin Breidenbach e Terence Goldman.[43] Esta partícula foi denominada ψ′ («psi prima»).[44] A finais de novembro, Appelquist e Politzer publicaron o seu artigo sobre o charmonio. Glashow e Alvaro De Rújula tamén publicaron un traballo titulado Is Bound Charm Found?, no que empregaban o quark encanto e a liberdade asintótica para explicar as propiedades do mesón J/ψ.[45]
Finalmente, o 2 de decembro de 1974, Physical Review Letters (PRL) publicou os artigos de descubrimento de J e psi, de Ting[46] e Richter[47] respectivamente.[45] O descubrimento da psi prima foi publicado a semana seguinte.[45] O 6 de xaneiro de 1975, PRL publicou nove artigos teóricos sobre a partícula J/ψ; segundo Michael Riordan, cinco deles «promovían a hipótese do encanto e as súas variantes».[30] En 1976, Ting e Richter compartiron o Premio Nobel de Física polo descubrimento «dunha nova partícula elemental pesada».[48]
En agosto de 1976, en The New York Times, Glashow lembrou a súa aposta e comentou: «o viño de John [Iliopoulos] e o meu sombreiro salváronse no último momento».[5] Na seguinte conferencia EMS, os espectroscopistas comeron sombreiros de doce mexicanos proporcionados pola organización.[49][50] Frank Close publicou ese mesmo ano un artigo en Nature titulado «Iliopoulos gañou a súa aposta», afirmando que a XVIII ICHEP estivera «efectivamente dominada por ese descubrimento».[20] Ninguén chegou a pagar as apostas a Iliopoulos.[51][38]
Outras partículas encantadas (1975–1977)
[editar | editar a fonte]En abril de 1975, E. G. Cazzoli e colaboradores, incluídos Palmer e Samios, publicaron as súas evidencias previas, aínda ambiguas, dun barión encantado.[29] No momento do Simposio Leptón–Fotón de agosto de 1975, descubríranse xa oito novas partículas pesadas.[52] Porén, estas partículas tiñan encanto total nulo.[53] A partir do último trimestre dese ano, os físicos comezaron a buscar partículas con encanto neto, ou «encanto espido».[54]
O 3 de maio de 1976 no SLAC, Gerson Goldhaber e François Pierre identificaron un pico en 1,87 GeV/c2, o que suxería a presenza dun mesón D neutro encantado segundo a predición de Glashow. O 5 de maio, Goldhaber e Pierre publicaron un memorando conxunto sobre o descubrimento do «encanto espido».[55] No momento da XVIII Conferencia Internacional sobre Física de Altas Enerxías descubríranse máis partículas encantadas. Riordan escribiu que «aparecían probas sólidas do encanto sesión tras sesión» durante a conferencia, confirmando definitivamente a existencia do quark encanto.[56][57] O mesón estraño encantado foi descuberto en 1977.[58][59]
Notas
[editar | editar a fonte]- ↑ Amati et al. 1964.
- ↑ Maki & Ohnuki 1964.
- ↑ Hara 1964.
- 1 2 Glashow, Iliopoulos & Maiani 1970, p. 1287.
- 1 2 3 4 Glashow 1976.
- 1 2 Riordan 1987, p. 210.
- ↑ Harari 1977, p. 6.
- ↑ Riordan 1992, p. 1292.
- ↑ Levine 2017.
- ↑ Workman et al. 2022, p. 32.
- ↑ Griffiths 2008, p. 35.
- ↑ Griffiths 2008, p. 37.
- ↑ Griffiths 2008, p. 39.
- ↑ Griffiths 2008, p. 41.
- ↑ Griffiths 2008, p. 34.
- ↑ Bjorken & Glashow 1964, p. 255.
- ↑ Griffiths 2008, pp. 44-45.
- ↑ Appelquist, Barnett & Lane 1978, p. 390.
- ↑ Glashow, Iliopoulos & Maiani 1970, p. 1290–1291.
- 1 2 Close 1976, p. 537.
- 1 2 Riordan 1987, p. 297.
- 1 2 Rosner 1998, p. 14.
- ↑ Riordan 1987, p. 295.
- ↑ Iliopoulos 1974, p. 100.
- ↑ Giudice, Gian Francesco. "Naturally speaking: the naturalness criterion and physics at the LHC". Perspectives on LHC Physics (2008): 155–178.
- ↑ Gaillard & Lee 1974.
- ↑ Riordan 1987, pp. 295–297.
- ↑ Riordan 1987, pp. 296.
- 1 2 Cazzoli et al. 1975.
- 1 2 Riordan 1987, p. 306.
- ↑ Riordan 1987, p. 306, "It was encouraging, but not convincing, evidence [...] this one was ambiguous".
- ↑ Riordan 1987, pp. 297–298.
- ↑ Ting 1977, p. 239.
- ↑ Ting 1977, p. 243.
- ↑ Ting 1977, p. 244.
- 1 2 Southworth 1976, p. 385.
- ↑ Southworth 1976, pp. 385–386.
- 1 2 Rosner 1998, p. 16.
- 1 2 3 Riordan 1987, p. 300.
- ↑ Riordan 1987, p. 300.
- ↑ Riordan 1987, p. 304.
- ↑ Riordan 1987, p. 300, "Murray ... thinks that the charm–anticharm vector meson is more likely".
- 1 2 Riordan 1987, p. 301.
- ↑ Riordan 1987, p. 303.
- 1 2 3 Riordan 1987, p. 305.
- ↑ Aubert et al. 1974.
- ↑ Augustin et al. 1974.
- ↑ Southworth 1976, p. 383.
- ↑ Riordan 1987, p. 321.
- ↑ Rosner 1998, p. 18.
- ↑ Riordan 1987, pp. 319–320.
- ↑ Riordan 1987, pp. 310–311.
- ↑ Riordan 1987, p. 312.
- ↑ Riordan 1987, p. 317.
- ↑ Riordan 1987, p. 318.
- ↑ Riordan 1987, p. 319, "Solid evidence for charm surfaced in session after session. There was no longer any doubt".
- ↑ Griffiths 2008, p. 47, "With these discoveries, the interpretation ... was established beyond reasonable doubt. More important, the quark model itself was put back on its feet".
- ↑ Brandelik et al. 1977.
- ↑ Griffiths 2008, p. 47.
Véxase tamén
[editar | editar a fonte]Bibliografía
[editar | editar a fonte]Artigos de revistas científicas
[editar | editar a fonte]- Bjorken, B. J.; Glashow, S. L. (1964). "Partículas elementais e SU(4)". Physics Letters 11 (3): 255–257. Bibcode:1964PhL....11..255B. doi:10.1016/0031-9163(64)90433-0.
- Brandelik, R.; et al. (1977). "Sobre a orixe dos eventos de electróns inclusivos na aniquilación e+e− entre 3.6 e 5.2 GeV". Physics Letters B 70 (1): 125–31. Bibcode:1977PhLB...70..125B. doi:10.1016/0370-2693(77)90360-4.
- Gersabeck, Marco (2012). "Breve revisión da física do charm". Modern Physics Letters A 27 (26). Bibcode:2012MPLA...2730026G. arXiv:1207.2195. doi:10.1142/S0217732312300261. 1230026.
- Glashow, S. L.; Iliopoulos, J.; Maiani, L. (1970). "Interaccións débiles con simetría leptón–hadron". Physical Review D 2 (7): 1285–1292. Bibcode:1970PhRvD...2.1285G. doi:10.1103/PhysRevD.2.1285.
- Hara, Yasuo (11 May 1964). "Esquemas unitarios de tripletes e o Eightfold Way". Physical Review 134 (3B): B701–B704. Bibcode:1964PhRv..134..701H. doi:10.1103/PhysRev.134.B701.
- Maki, Z.; Ohnuki, Y. (1 July 1964). "Esquema de cuarteto para partículas elementais". Progress of Theoretical Physics 32 (1): 144–158. Bibcode:1964PThPh..32..144M. doi:10.1143/PTP.32.144.
- The NNPDF Collaboration (2022). "Evidencia de quarks charm intrínsecos no protón". Nature 608 (7923): 483–487. Bibcode:2022Natur.608..483N. PMC 9385499. PMID 35978125. arXiv:2208.08372. doi:10.1038/s41586-022-04998-2.
- Riordan, Michael (1992). "O descubrimento dos quarks". Science 256 (5061): 1287–93. Bibcode:1992Sci...256.1287R. JSTOR 2877300. PMID 17736758. doi:10.1126/science.256.5061.1287.
Conferencias
[editar | editar a fonte]-
Harari, Haim (April 29–30, 1977). Tres xeracións de quarks e leptóns (PDF). V Conferencia Internacional de Espectroscopía de Mesóns Experimental. Boston, Mass. SLAC-PUB-1974.
Iliopoulos, J. (July 1–10, 1974). Progreso nas teorías de gauge. XVII Conferencia Internacional de Física de Altas Enerxías. Londres: Ecole Normale Supérieure. pp. 89–116. PTENS-74-4.
Gersabeck, Marco (28–31 de outubro de 2014). Introdución á física do encanto. Flavorful Ways to New Physics. Freudenstadt - Lauterbad, Alemaña. arXiv:1503.00032.
Rosner, Jonathan L. (1998). A chegada do encanto. Heavy Quarks at Fixed Targets. AIP Conference Proceedings 459 (1) (1999). pp. 9–27. arXiv:hep-ph/9811359. doi:10.1063/1.57782. Consultado o 2023-06-02.
Libros
[editar | editar a fonte]-
Griffiths, David (2008). Introdución ás partículas elementais. Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-40601-2.
Riordan, Michael (1987). A caza do quark: unha historia verdadeira da física moderna. Simon & Schuster. ISBN 978-0-671-50466-3.
Thomson, Mark (2013). Física moderna de partículas. Cambridge University Press. ISBN 978-1-107-03426-6.
Lecturas adicionais
[editar | editar a fonte]R. Nave. "Quarks". HyperPhysics. Georgia State University, Department of Physics and Astronomy. Consultado o 2008-06-29. A. Pickering (1984). Construíndo os quarks. University of Chicago Press. pp. 114–125. ISBN 978-0-226-66799-7.
